스마트폰, 12분이면 완충? 삼성전자, 新 배터리 소재 개발

중앙일보

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박상욱 기자

삼성전자가 배터리의 충전 속도와 용량을 획기적으로 개선한 배터리 소재를 개발했다.

[사진 네이처 커뮤니케이션즈 홈페이지]

삼성전자 종합기술원은 기존 리튬이온 전지보다 충전 속도가 5배 빠르고, 충전 용량은 45% 늘릴 수 있는 배터리 소재 '그래핀 볼'을 개발했다고 27일 밝혔다.

그래핀은 흑연에서 벗겨낸 얇은 탄소 원자막으로 소위 '꿈의 소재'로 불린다. 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고, 실리콘보다 140배 이상 빠르게 전자를 이동시킬 수 있는 것으로 알려졌다. 그래핀은 물리·화학적 안정도가 높아 배터리, 디스플레이 분야의 신소재로 각광받고 있다.

종합기술원의 손인혁·두석광 연구팀은 강도와 전도도가 높은 그래핀을 배터리에 적용하는 방법을 연구한 가운데, 실리카를 이용해 그래핀을 3차원 형태로 대량 합성하는 매커니즘을 규명했다. 또, 이같은 3차원 입체 형태의 '그래핀 볼'을 리튬이온전지의 양극 보호막과 음극 소재로 활용했더니 충전용량이 늘어나고, 충전시간을 단축하는 것은 물론 고온 안전성까지 모두 만족시키는 결과가 나왔다.

연구팀의 연구 성과는 최근 과학저널 '네이처 커뮤니케이션즈' 온라인에 '그래핀 볼을 이용한 고속충전 및 고용량 리튬이온전지 구현'이라는 제목으로 게재됐다. 연구팀이 실험한 그래핀 볼 배터리는 기존 리튬이온 전지의 고속충전시 완충 소요시간인 1시간보다 5배 빠른 12분에 완전 충전이 가능하다. 또, 전기차용 배터리의 요구 온도기준인 섭씨 60도까지도 안정성을 유지할 수 있다.

논문 제 1저자인 손인혁 전문연구원은 "이번 연구는 다기능 고결정 그래핀 복합 소재를 값싸게 대량으로 합성할 수 있게 하는 동시에 리튬이온전지의 여러 특성을 크게 향상시켰다"며 "최근 급격히 성장하는 모바일 기기와 전기자동차 시장 확대에 맞춰 2차전지 기술을 지속적으로 발전시키겠다"고 말했다.

박상욱 기자 park.lepremier@joongang.co.kr